به سادهترین بیان، یک شیر پروانهای خلاء یک نسخه اصلاحشده از شیر ربعگرد آشنا است، با این تفاوت که این شیر بهطور خاص برای سیستمهایی که در فشار پایین کار میکنند ساخته شده است. هدف اصلی آن کنترل یا مسدود کردن کامل جریان گاز در محیطهایی است که حتی یک نشتی کوچک میتواند سطح خلاء را خراب کند.
به همین دلیل، طراحی بر روی مواد تمیز، آببندی محکم و اجزایی که در حین کار سیستم گازهای محبوس شده را آزاد نمیکنند، تمرکز دارد.
این واحدها به جای اینکه مانند یک شیر معمولی فقط آب یا هوا را نگه دارند، برای هر کاری از شرایط خلاء سخت اولیه گرفته تا تنظیمات با کارایی بالا که در آن تمیز و پایدار نگه داشتن محفظه کاملاً ضروری است، در نظر گرفته شدهاند. آنها به این دلیل استفاده میشوند که آلودگی را به حداقل میرسانند و سطح فشاری را که فرآیندهای ظریف به آن وابسته هستند، حفظ میکنند.
چرا شیرهای استاندارد در سیستمهای خلاء به خوبی کار نمیکنند؟
اکثر مردم آن را دیده یا استفاده کردهاند شیر پروانه ای معمولی. این وسیله ارزان و سرراست است و معمولاً برای سیستمهای لولهکشی عمومی کار میکند. مشکل زمانی پیش میآید که سعی میکنید همان شیر را در یک خط خلاء قرار دهید. مواد شروع به خروج گاز میکنند، آببندها جدا میشوند و شیر نمیتواند فشار را آنطور که یک سیستم خلاء نیاز دارد، نگه دارد.
به همین دلیل است که شیرهای خلاء پروانهای وارد عرصه شدند. آنها بر اساس همان ایده دیسک چرخان ساخته میشوند، اما قطعات آنها برای مطابقت با فیزیک فشار پایین ارتقا یافتهاند.
در خلاء، حتی یک شکاف باریک هم به یک مسیر نشتی تبدیل میشود. جداسازی نیز باید به سرعت اتفاق بیفتد، بنابراین این شیرها طوری طراحی شدهاند که سریع باز و بسته شوند. وقتی کاملاً باز میشوند، دیسک به سختی جریان را مسدود میکند، به این معنی که پمپ میتواند محفظه را خیلی سریعتر به پایین بکشد.
تفاوتهایی که واقعاً مهم هستند
تفاوت واقعی بین یک شیر معمولی و شیر مناسب برای خلاء در مواد و نحوه ساخت سطوح آببندی نهفته است.
کنترل خروج گاز
تحت خلاء، برخی از پلاستیکها، گریسها و لاستیکهای معمولی گازهایی را که درون آنها محبوس شده بودند، آزاد میکنند. این امر بلافاصله محفظه را آلوده میکند.
بنابراین، تولیدکنندگان از فولاد ضد زنگ و مواد آببندی خاصی استفاده میکنند که برای خروج گاز بسیار کم آزمایش شدهاند. برخی واحدها حتی الاستومرها را به طور کامل حذف کرده و به ... متکی هستند. مهر و موم های فلزی در عوض.
دستیابی به یک آببندی محکم
نگه داشتن خلاء به معنای مبارزه با فشار کل جو به سمت داخل است. برای مقابله با این مشکل، سازندگان شیر از آببندیهای مخصوص کاپوت، تلرانسهای ماشینکاری دقیق و گاهی اوقات طرحهای دوگانه O-ring استفاده میکنند. هدف ساده است: مطمئن شوید که هیچ گازی به داخل نفوذ نمیکند، هر چقدر هم که شکاف کوچک باشد.
نگاهی دقیقتر به شیر پروانهای با خلاء بالا
همه سیستمهای وکیوم یکسان نیستند. یک دستگاه بستهبندی ساده به دقت بسیار کمتری نسبت به یک ابزار علمی نیاز دارد.
شیر پروانهای خلاء بالا برای سطوح عمیقتر خلاء طراحی شده است که در آن فشارها میتوانند به اعداد بسیار کمی، گاهی اوقات حدود 1 × 10⁻⁷ Torr، کاهش یابند. در آن نقطه، زبری سطح، مواد آببندی و سبکهای اتصال همگی اهمیت زیادی دارند.
شما اغلب فلنجهای ISO، KF یا CF را روی این شیرها خواهید دید زیرا آنها در خلاء عمیق محکم میمانند. فلنجهای CF به طور خاص به واشرهای مسی متکی هستند که تغییر شکل میدهند تا یک آببندی فلز به فلز بسیار قوی ایجاد کنند.
این شیرها معمولاً در کجا استفاده میشوند؟
بسیاری از فرآیندهای پیشرفته به خلاء پایدار متکی هستند، بنابراین این شیرها در صنایع مختلفی ظاهر میشوند:
- ساخت نیمههادی از آنها برای جلوگیری از آلودگی محفظههای فرآیند و در عین حال کنترل جریان گاز در طول تولید تراشه استفاده میکند.
- امکانات تحقیقاتی برای تجهیزاتی مانند میکروسکوپ الکترونی، طیفسنجهای جرمی و کورههای خلاء به آنها وابسته هستند. این دستگاهها به سطوح خلاء ثابت نیاز دارند، در غیر این صورت آزمایشها به سادگی شکست میخورند.
چرا بسیاری از مهندسان طراحی پروانهای خلأ را ترجیح میدهند؟
یکی از دلایلی که مهندسان اغلب این طراحی شیر را انتخاب میکنند، مسیر هموار و کممحدودیتی است که هنگام باز شدن کامل ایجاد میکند. رسانایی بالا به پمپ کمک میکند تا سریعتر به سطح خلاء مورد نیاز برسد. این شیرها همچنین فضای کمتری نسبت به چیزی مانند شیر دروازهای اشغال میکنند، که میتواند حجیم باشد و نصب آن در تجهیزات فشرده دشوارتر باشد.
مزیت دیگر، هزینه است. اگرچه ساختار شیر پروانهای خلاء تخصصی است، اما معمولاً از شیر دروازهای خلاء با اندازه مشابه، اقتصادیتر است. تنها نکتهای که باید در نظر داشت این است که دیسک چرخان همیشه در معرض هر گازی است که از سیستم عبور میکند، بنابراین اگر سیال خورنده یا کثیف باشد، انتخاب جنس بسیار مهمتر میشود.
نقش مواد در کیفیت بلندمدت
فولاد ضد زنگ، معمولاً 304 یا 316، به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و گاززدایی کم، استاندارد است. برای کاربردهای خلاء سطح متوسط، آببندهای ساخته شده از FKM درجه بالا رایج هستند.
وقتی سیستم نیاز به عمق بیشتری داشته باشد، الاستومرها ممکن است کافی نباشند، به خصوص اگر تجهیزات باید در طول چرخه پخت گرم شوند. در این شرایط، آببندهای تمام فلزی قابل اعتمادترین عملکرد را ارائه میدهند.
این یکی از بزرگترین تفاوتهای بین طراحی شیر خلاء متوسط و خلاء عمیق است: هرچه خلاء عمیقتر باشد، توجه بیشتری به نحوه رفتار هر ماده تحت فشار کم و دمای بالا میشود.
